Auxotroph: origem, exemplo e aplicações - Ciência - 2023

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UMAauxotrófico É um microrganismo que não é capaz de sintetizar um determinado tipo de nutriente ou componente orgânico essencial para o crescimento do referido indivíduo. Portanto, esta cepa só pode proliferar se o nutriente for adicionado ao meio de cultura. Essa necessidade nutricional é resultado de uma mutação no material genético.

Esta definição geralmente se aplica a condições específicas. Por exemplo, dizemos que o organismo é auxotrófico para a valina, o que indica que o indivíduo em questão precisa desse aminoácido para ser aplicado no meio de cultura, uma vez que não é capaz de produzi-lo sozinho.

Desta forma, podemos diferenciar dois fenótipos: "o mutante", que corresponde à valina auxotrófica - levando em consideração nosso exemplo hipotético anterior, embora possa ser auxotrófica para qualquer nutriente - e "o original" ou selvagem, que pode sintetizar corretamente a aminoácido. Este último é chamado de prototrófico.

A auxotrofia é causada por uma mutação específica que leva à perda da capacidade de sintetizar um elemento, como um aminoácido ou outro componente orgânico.

Em genética, uma mutação é uma mudança ou modificação da sequência de DNA. Geralmente, a mutação inativa uma enzima chave em uma via sintética.

Como os organismos auxotróficos se originam?

Em geral, os microrganismos requerem uma série de nutrientes essenciais para seu crescimento. Suas necessidades mínimas são sempre uma fonte de carbono, uma fonte de energia e vários íons.

Organismos que precisam de nutrientes extras aos básicos são auxotróficos para essa substância e se originam de mutações no DNA.

Nem todas as mutações que ocorrem no material genético de um microrganismo afetarão sua capacidade de crescer contra um determinado nutriente.

Uma mutação pode ocorrer e não tem efeito sobre o fenótipo do microrganismo - são conhecidas como mutações silenciosas, pois não alteram a sequência da proteína.

Assim, a mutação afeta um gene muito particular que codifica uma proteína essencial de uma via metabólica que sintetiza uma substância essencial para o corpo. A mutação gerada deve inativar o gene ou afetar a proteína.

Geralmente afeta enzimas-chave. A mutação deve produzir uma mudança na sequência de um aminoácido que muda significativamente a estrutura da proteína e, assim, desaparece sua funcionalidade. Também pode afetar o sítio ativo da enzima.

Exemplos em Saccharomyces cerevisiae

S. cerevisiae é um fungo unicelular popularmente conhecido como fermento de cerveja. É usado para a fabricação de produtos comestíveis para humanos, como pão e cerveja.

Pela sua utilidade e facilidade de crescimento em laboratório, é um dos modelos biológicos mais utilizados, por isso se sabe que mutações específicas são a causa da auxotrofia.

Auxotróficos para histidina

A histidina (abreviada na nomenclatura de uma letra como H e de três letras como His) é um dos 20 aminoácidos que compõem as proteínas. O grupo R desta molécula é constituído por um grupo imidazol carregado positivamente.

Embora em animais, incluindo humanos, seja um aminoácido essencial - ou seja, eles não podem sintetizá-lo e devem incorporá-lo por meio da dieta - os microrganismos têm a capacidade de sintetizá-lo.

The Gen HIS3 nessa levedura codifica a enzima imidazol glicerol fosfato desidrogenase, que participa da via de síntese do aminoácido histidina.

Mutações neste gene (his3^–) resultam em auxotrofia para histidina. Assim, esses mutantes são incapazes de proliferar em um meio sem o nutriente.

Auxotróficos para triptofano

Da mesma forma, o triptofano é um aminoácido hidrofóbico com um grupo indol como grupo R. Como o aminoácido anterior, deve ser incorporado à dieta dos animais, mas os microorganismos podem sintetizá-lo.

The Gen TRP1 codifica para a enzima fosforibosil antranilato isomerase, que está envolvida na via anabólica do triptofano. Quando ocorre uma mudança neste gene, uma mutação é obtida trp1^–que incapacita o corpo de sintetizar o aminoácido.

Auxotróficos para pirimidinas

As pirimidinas são compostos orgânicos que fazem parte do material genético dos organismos vivos. Especificamente, eles são encontrados em bases nitrogenadas, formando parte da timina, citosina e uracila.

Neste fungo, o gene URA3 codifica para a enzima orotidina-5'-fosfato descarboxilase. Esta proteína é responsável por catalisar uma etapa da síntese de novo das pirimidinas. Portanto, as mutações que afetam esse gene causam auxotrofia para uridina ou uracila.

A uridina é um composto que resulta da união da base nitrogenada uracila com um anel de ribose. Ambas as estruturas estão ligadas por uma ligação glicosídica.

Formulários

A auxotrofia é uma característica muito útil em estudos relacionados à microbiologia, para a seleção de organismos em laboratório.

Este mesmo princípio pode ser aplicado a plantas, onde por engenharia genética um indivíduo auxotrófico é criado, seja para metionina, biotina, auxina, etc.

Aplicação em engenharia genética

Mutantes auxotróficos são amplamente utilizados em laboratórios onde protocolos de engenharia genética são realizados. Um dos objetivos dessas práticas moleculares é a instrução de um plasmídeo construído pelo pesquisador em um sistema procariótico. Este procedimento é conhecido como “complementação de auxotrofia”.

Um plasmídeo é uma molécula de DNA circular, típica de bactérias, que se replica de forma independente. Os plasmídeos podem conter informações úteis que são usadas pela bactéria, por exemplo, resistência a algum antibiótico ou um gene que permite sintetizar um nutriente de interesse.

Os pesquisadores que desejam introduzir um plasmídeo em uma bactéria podem usar uma cepa auxotrófica para um nutriente específico. A informação genética necessária para a síntese do nutriente está codificada no plasmídeo.

Desta forma, um meio mínimo (que não contém o nutriente que a cepa mutante não pode sintetizar) é preparado e as bactérias são semeadas com o plasmídeo.

Apenas as bactérias que incorporaram essa porção do DNA do plasmídeo serão capazes de crescer no meio, enquanto as bactérias que não conseguiram absorver o plasmídeo morrerão por falta do nutriente.

Referências

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